包 波1 王旭紅1 卞書(shū)軍1 任 煜1 何湘華2
1 北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100007 2 上海寶松重型機(jī)械工程（集團(tuán)）有限公司 上海 201900

　　摘 要：通過(guò)對(duì)全國(guó)大量不同規(guī)格，不同型號(hào)的10t 及以下的電動(dòng)葫蘆進(jìn)行能效試驗(yàn)所得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，整理和分析，進(jìn)而得出10t 及以下電動(dòng)葫蘆的能效特性。并根據(jù)此特性，提出了電動(dòng)葫蘆的能效改善方法與使用建議。

　　關(guān)鍵詞：電動(dòng)葫蘆；能效；特性分析；使用建議

　　中圖分類號(hào)：TH211.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1001-0785（2020）07-0058-05

　　1 背景概述
葫蘆式起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱電動(dòng)葫蘆）具有體積小、自重輕、操作簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)，被廣泛用于工礦企業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)、碼頭等場(chǎng)所。據(jù)保守統(tǒng)計(jì)，截止到目前我國(guó)已有300 多萬(wàn)臺(tái)電動(dòng)葫蘆，其能源消耗量巨大。隨著社會(huì)上環(huán)保節(jié)能意識(shí)的增強(qiáng)，在關(guān)注安全性能的基礎(chǔ)上，越來(lái)越關(guān)注產(chǎn)品本身的節(jié)能減排功能。隨著我國(guó)不斷推進(jìn)《電動(dòng)葫蘆能效試方法》國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案，引起了世界各國(guó)強(qiáng)烈的關(guān)注，紛紛針對(duì)電動(dòng)葫蘆進(jìn)行能效試驗(yàn)，逐漸達(dá)成共識(shí)，電動(dòng)葫蘆的能效特性是衡量產(chǎn)品性能的重要指標(biāo)。

　　2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2.1 國(guó)際現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)外學(xué)者與行業(yè)專家在進(jìn)行了大量的試驗(yàn)后，積累了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)而完善的方法與標(biāo)準(zhǔn)。其中以美國(guó)、德國(guó)和日本最有代表性。以德國(guó)為例，2011 年德國(guó)機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(huì)（VDMA）就發(fā)起了“藍(lán)色能效”倡議，集中德國(guó)機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(huì)會(huì)員的資源、專業(yè)知識(shí)和力量，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。

　　德國(guó)制造商有較深的能效意識(shí)。其藍(lán)色能效方略已經(jīng)進(jìn)入不同的機(jī)械制造領(lǐng)域。早在2013 年德國(guó)漢諾威歐洲機(jī)床展（EMO）上，主辦方特設(shè)了藍(lán)色能效特展，包括德馬吉機(jī)床、通快機(jī)床、Fraunhofer IWU 等各種企業(yè)機(jī)構(gòu)，展示并推廣節(jié)能環(huán)保理念。

　　2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀
近年來(lái)，我國(guó)能效標(biāo)準(zhǔn)也一直在推進(jìn)。在起重機(jī)行業(yè)中，針對(duì)不同的機(jī)型先后制定了詳細(xì)的能效測(cè)試方法和能效限額。電動(dòng)葫蘆方面，目前現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 30028—2013《電動(dòng)葫蘆能效測(cè)試方法》和JB/T12745—2016《電動(dòng)葫蘆能效限額》，并正在致力于將其推向國(guó)際化。

　　3 10 t 以下小型電動(dòng)葫蘆能效特性
小噸位的電動(dòng)葫蘆被廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。本研究依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的測(cè)試方法，在多種不同的工況下，對(duì)全國(guó)不同廠家生產(chǎn)的不同型號(hào)、起重量小于10 t 的電動(dòng)葫蘆進(jìn)行了能效測(cè)試，取得了電動(dòng)葫蘆在輕載、中載和重載工況下的數(shù)據(jù)，繪制了載荷系數(shù)普，為研究、總結(jié)電動(dòng)葫蘆在不同載荷下的能效特性提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3.1 10 t 以下小型電動(dòng)葫蘆試驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　3.1.1 數(shù)據(jù)篩選與處理
在對(duì)全國(guó)100 余個(gè)大、小電動(dòng)葫蘆生產(chǎn)廠家的不同規(guī)格的電動(dòng)葫蘆進(jìn)行抽樣并進(jìn)行試驗(yàn)后，得到了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。首先將這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照設(shè)備品種、額定起重量進(jìn)行了分類與抽取，得到了小于10 t 的電動(dòng)葫蘆的全部數(shù)據(jù)。

　　對(duì)抽取的數(shù)據(jù)進(jìn)行按照特定規(guī)則進(jìn)行了清洗。清洗的具體規(guī)則為：1）刪除有缺失信息的記錄。當(dāng)記錄中主要信息缺失，尤其是丟失較多關(guān)鍵信息時(shí)，數(shù)據(jù)已經(jīng)不能夠反應(yīng)其所能夠代表的信息，就可以將記錄某條記錄刪除。2）對(duì)信息進(jìn)行人工補(bǔ)全。對(duì)于不易復(fù)原的數(shù)據(jù)，利用默認(rèn)值來(lái)代替缺失的信息，將缺失屬性值的屬性視為特殊的屬性，為缺失的信息值設(shè)置特殊的屬性值，從而得到完備的信息。3）利用數(shù)學(xué)公式將數(shù)據(jù)對(duì)已有信息的值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用統(tǒng)計(jì)的值進(jìn)行補(bǔ)全。可以使用平均值填補(bǔ)空缺值，或者使用同類型樣本預(yù)測(cè)值進(jìn)行補(bǔ)全空缺值。4） 出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)，判斷數(shù)據(jù)是否是確實(shí)是異常數(shù)據(jù)并分析造成異常數(shù)據(jù)的原因。

　　綜合上述抽樣方法，在總體樣本空間內(nèi)得到抽樣組數(shù)據(jù)。并運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)對(duì)各組數(shù)據(jù)中能效與其他參數(shù)間的相關(guān)性進(jìn)行了分析。

　　絲繩電動(dòng)葫蘆能效試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示，環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆能效試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2 所示。

　　3.2 10 t 以下小型電動(dòng)葫蘆能效特性
3.2.1 10 t 以下鋼絲繩電動(dòng)葫蘆能效特性分析
通過(guò)對(duì)抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分組處理，分別得出了額定起重量、額定起升速度、倍率、起升電機(jī)級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速、額定起重量X 額定起升速度與能效的關(guān)系。

　　圖 1 10 t 以下鋼絲繩電動(dòng)葫蘆能效與額定載荷相關(guān)性

　　圖1 為試驗(yàn)樣機(jī)額定起重量與能效的關(guān)系，由圖1可知，額定起重量較小時(shí)，樣機(jī)能效較低，當(dāng)額定起重量超過(guò)1 t 之后，能效值趨于穩(wěn)定。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的單速鋼絲繩電動(dòng)葫蘆的能效值約在78% 左右，雙速鋼絲繩電動(dòng)葫蘆能效則基本在60% 左右。

　　通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比開(kāi)可知同等額定起重量的情況下，采用圓柱形轉(zhuǎn)子電機(jī)作為起升電機(jī)的電動(dòng)葫蘆能效值相比于采用錐形轉(zhuǎn)子的電機(jī)的電動(dòng)葫蘆能效值要略高。且相同額定起重量的電動(dòng)葫蘆中，同時(shí)采用四極電機(jī)的情況下，起升速度快，倍率低的葫蘆比起升速度慢，倍率高的葫蘆能效明顯要高。當(dāng)選用非4 級(jí)電機(jī)的時(shí)，電機(jī)級(jí)數(shù)小，轉(zhuǎn)速快的葫蘆能效值要略高于選用級(jí)數(shù)大，轉(zhuǎn)速慢的電機(jī)作為起升電機(jī)的葫蘆。

　　在對(duì)不同規(guī)格，不同型號(hào)的鋼絲繩電動(dòng)葫蘆的能效值進(jìn)行對(duì)比的同時(shí)，還收集了同1 臺(tái)葫蘆在從輕載到額載工況下，能效隨試驗(yàn)載荷變化而變化的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，圖2 列舉了一臺(tái)5t 的雙速鋼絲繩電動(dòng)葫蘆能效隨載荷變化的變化曲線，此曲線具有廣泛代表性。根據(jù)曲線趨勢(shì)，可得出以下結(jié)論，鋼絲繩電動(dòng)葫蘆在吊載不足30% 額定起重量的載荷時(shí)，其能效值很低，大量能量均被浪費(fèi)，當(dāng)?shù)踺d重物超過(guò)30% 額定起重量的載荷時(shí)，電動(dòng)葫蘆的能效值會(huì)有顯著提升，并逐漸趨于最高能效值。直至吊載重物超過(guò)50%額定起重量，能效值變化非常微小，趨于穩(wěn)定。

　　圖 2 能效與實(shí)際載荷關(guān)系曲線

　　2.2.2 10t 以下環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆能效特性分析
通過(guò)對(duì)抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分組處理，分別得出了額定起重量、額定起升速度、倍率、起升電機(jī)級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速、額定起重量X 額定起升速度與能效的關(guān)系。

　　圖3 為試驗(yàn)樣機(jī)額定起重量與能效的關(guān)系，由圖1可知，額定起重量較小時(shí)，樣機(jī)能效較低，當(dāng)額定起重量超過(guò)1 t 之后，能效值趨于穩(wěn)定。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的單速環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆的能效值約在70% 左右，雙速環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆能效則一般在57% 左右。

　　通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比開(kāi)可知出同等額定起重量的情況下，相同額定起重量的電動(dòng)葫蘆中，同時(shí)采用四極電機(jī)的情況下，起升速度快，倍率低的葫蘆比起升速度慢，倍率高的葫蘆能效明顯要高。當(dāng)選用非4 級(jí)電機(jī)的時(shí)，電機(jī)級(jí)數(shù)小，轉(zhuǎn)速快的葫蘆能效值要略高于選用級(jí)數(shù)大，轉(zhuǎn)速慢的電機(jī)作為起升電機(jī)的葫蘆。

　　圖 3 10t 以下環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆能效與額定載荷相關(guān)性

　　在對(duì)不同規(guī)格，不同型號(hào)的環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆的能效值進(jìn)行對(duì)比的同時(shí)，還收集了同1 臺(tái)葫蘆在從輕載到額載工況下，能效隨試驗(yàn)載荷變化而變化的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，圖2 列舉了一臺(tái)5 t 的雙速環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆能效隨載荷變化的變化曲線，此曲線具有廣泛代表性。根據(jù)曲線趨勢(shì)，可得出以下結(jié)論，鋼絲繩電動(dòng)葫蘆在吊載不足30% 額定起重量的載荷時(shí)，其能效值很低，大量能量均被浪費(fèi)，當(dāng)?shù)踺d重物超過(guò)30% 額定起重量的載荷時(shí)，電動(dòng)葫蘆的能效值會(huì)有顯著提升，并逐漸趨于最高能效值。直至吊載重物超過(guò)50% 額定起重量，能效值變化非常微小，趨于穩(wěn)定。

　　圖 4 能效與實(shí)際載荷關(guān)系曲線

　　2.2.3 鋼絲繩電動(dòng)葫蘆與環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆能效對(duì)比
通過(guò)數(shù)據(jù)可知清楚地看出，鋼絲繩電動(dòng)葫蘆與環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆的能效與額定起重量、額定起升速度、倍率、起升電機(jī)級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速、額定起重量X 額定起升速度等參數(shù)之間的關(guān)系具有相同的趨勢(shì)。所不同的是，相同或者相似起重量和配置的環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆的能效普遍較鋼絲繩電動(dòng)葫蘆要低10% 左右，經(jīng)分析認(rèn)為，這主要是鏈條傳動(dòng)的效率要低于減速器的傳動(dòng)效率所導(dǎo)致的。

　　4 能效改善方法與使用建議
4.1 提升電動(dòng)葫蘆能效的方法
通過(guò)對(duì)10 t 以下小型電動(dòng)葫蘆的能效特性分析，可知，提高電動(dòng)葫蘆的的能效，最關(guān)鍵的是要重視各個(gè)零部件加工技術(shù)的提高，進(jìn)而來(lái)提高電動(dòng)葫蘆的整體性能。尤其是對(duì)于傳動(dòng)部件的關(guān)鍵尺寸和作為動(dòng)力源的電機(jī)的選型，都直接影響到電動(dòng)葫蘆的能效高低。

　　如對(duì)于起重鏈條式環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆承載的關(guān)鍵零部件，選用合適的鏈條式環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。提高鏈條的品質(zhì)，可以有效地增加鏈條及環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆的使用壽命。鏈輪的作用主要是做到平穩(wěn)的傳動(dòng)鏈條，鏈輪的而幾個(gè)關(guān)鍵尺寸和鏈窩形狀公差很重要，鏈輪關(guān)鍵尺寸有節(jié)圓直徑、齒頂圓直徑、槽底平面到鏈輪中心的距離，鏈窩分度誤差等。所以鏈輪的技術(shù)要求更加的嚴(yán)格，也需要做到更加適合鏈條的傳動(dòng)。導(dǎo)鏈器是保證鏈條平穩(wěn)運(yùn)行的作用，若導(dǎo)鏈器設(shè)計(jì)錯(cuò)，反而阻礙鏈條順暢運(yùn)行。所以導(dǎo)鏈器導(dǎo)鏈的尺寸要根據(jù)實(shí)際鏈條和鏈輪齒輪來(lái)定。起升電機(jī)是環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆的核心部分，所以起升電機(jī)質(zhì)量的提升，是保證環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆高性能的關(guān)鍵。需要研發(fā)出各種散熱快、產(chǎn)熱慢，使用時(shí)間更長(zhǎng)的環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆來(lái)保證其性能。

　　4.2 針對(duì)能效特性如何使用電動(dòng)葫蘆
通過(guò)對(duì)10 t 以下的電動(dòng)葫蘆能效特性的分析，可知只有在載荷超過(guò)半載以上噸位時(shí)，電動(dòng)葫蘆才會(huì)有比較高的能效。為此，在保證安全性的前提下，應(yīng)根據(jù)常用工況合理選用電動(dòng)葫蘆，避免選型的電動(dòng)葫蘆過(guò)大，使其在工作時(shí)，常常處于輕載狀態(tài)，而造成能源浪費(fèi)。

　　在使用過(guò)程中，應(yīng)盡量避免頻繁點(diǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。同時(shí)還要保持電動(dòng)葫蘆零件的干燥, 操縱完華時(shí)需將葫蘆駛離濕潤(rùn)區(qū)、高溫區(qū)或化學(xué)區(qū)，以維持其機(jī)能。電動(dòng)葫蘆鏈條的保養(yǎng)，鏈條需使用機(jī)油潤(rùn)滑，高粉塵工廠需使用機(jī)油，且按期清除鏈條及極限導(dǎo)槽組內(nèi)之異物，確保鏈條運(yùn)轉(zhuǎn)之順暢。（注: 鍛造廠鏈條，不可使用機(jī)油，因其粉塵物對(duì)鏈條有磨耗性。長(zhǎng)期不使用電動(dòng)葫蘆時(shí)，應(yīng)做防銹處理及清潔保養(yǎng)，并上下運(yùn)轉(zhuǎn)1~3 min 以維持其機(jī)能。鏈條如使用中發(fā)出喀喀聲，可使用少許機(jī)油即可消除聲音，當(dāng)聲音消除后不可再添加機(jī)油。電動(dòng)葫蘆齒輪箱內(nèi)機(jī)油從開(kāi)始運(yùn)作時(shí)達(dá)500 h 請(qǐng)檢查潤(rùn)滑油量是否足夠，以后第三個(gè)月按期檢查潤(rùn)滑油情況，不足則需加油。只有做到良好的維護(hù)保養(yǎng)，才能使電機(jī)的各個(gè)部件得到最大程度的保護(hù)，使電動(dòng)葫蘆處于高效、安全的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。）

　　5 結(jié)論
通過(guò)對(duì)全國(guó)大量不同規(guī)格，不同型號(hào)的 10 t 及以下的電動(dòng)葫蘆進(jìn)行能效試驗(yàn)所得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，整理和分析，進(jìn)而得出10 t 及以下電動(dòng)葫蘆的能效特性。并根據(jù)此特性，提出了電動(dòng)葫蘆的能效改善方法與使用建議，可供參考。